Le calcul de la profondeur du Moho

Retrouver la profondeur de la discontinuité qui sépare la croûte du manteau, à partir du retard des ondes réfléchies sur les ondes directes, dans un enregistrement d'un seul séisme par une seule station.

Comment le retard des ondes réfléchies sur le Moho donne-t-il la profondeur de cette discontinuité ?

Les ondes sismiques se propagent comme des rayons lumineux. Une discontinuité est une surface qui sépare deux milieux de propriétés différentes. Une onde qui l'atteint s'y réfléchit en partie, et s'y réfracte en partie. Une onde P partie du foyer gagne donc la station par deux chemins. Le premier est direct : c'est l'onde P. Le second passe par le Moho, où il se réfléchit : c'est l'onde PmP. Le second chemin est plus long, et l'onde PmP arrive en retard. Ce retard se mesure sur l'enregistrement. Il suffit alors d'un peu de géométrie pour en tirer la profondeur du Moho.

Les données de l'enregistrement
Séisme19 janvier 1991
StationOG02, Annemasse
Profondeur focale h11 km
Distance épicentrale Δ63,3 km
Heure origine, en tête de l'enregistrement03 h 12 min 08,740 s
Arrivée des ondes P03 h 12 min 15,580 s
Arrivée des ondes PmP03 h 12 min 18,540 s
Arrivée des ondes S03 h 12 min 23,080 s
Étape 1 sur 8
Construction géométrique de la profondeur du Moho à partir du retard des ondes PmP La figure comporte deux panneaux. En haut, le tracé du sismogramme, en gris très clair, et un axe des temps gradué en secondes qui porte les quatre heures de l'enregistrement : l'heure origine, l'arrivée des ondes P, celle des ondes PmP et celle des ondes S ; des crochets y mesurent les durées employées dans le calcul. En bas, une coupe de la croûte et du manteau, aux échelles horizontale et verticale égales, porte le foyer, la station, le trajet direct des ondes P et le trajet réfléchi des ondes PmP, qui se réfléchit sur le Moho au point H. La construction se termine par le triangle rectangle dont un côté est la profondeur du Moho.
trajet direct de l'onde P trajet de l'onde PmP, réfléchie sur le Moho foyer du séisme
Le calcul, ligne à ligne

    Chaque ligne s'écrit à l'étape où elle est établie. Le signe ≈ marque un arrondi. La ligne suivante reprend cette valeur arrondie. Le calcul se refait donc entièrement à la calculatrice, ligne après ligne.

    Le Moho se trouve à 32,5 kilomètres de profondeur sous le point M, à mi-chemin entre l'épicentre et la station. Cette valeur ne vaut pas sous la station : chaque enregistrement sonde le Moho en un point différent. Le calcul se refait avec d'autres séismes et d'autres stations. On cartographie ainsi la profondeur du Moho, et on met en évidence son approfondissement sous les chaînes de montagnes.
    Pourquoi les ondes S ne servent pas ici. L'enregistrement porte aussi l'arrivée des ondes S. Ces ondes se propagent moins vite que les ondes P. Leur retard sur les ondes P sert à déterminer la distance épicentrale, qui est ici déjà donnée. Le calcul de la profondeur du Moho n'emploie que les deux arrivées d'ondes P : l'arrivée directe et l'arrivée réfléchie.